Извлечение сжиженного природного газа из синтез-газа с использованием смешанного хладагента


 


Владельцы патента RU 2604632:

БЛЭК ЭНД ВИТЧ КОРПОРЕЙШН (US)

Изобретение относится к способам и устройству для извлечения потока сжиженного природного газа (СПГ) из потока углеводородсодержащего исходного газа с использованием единственного замкнутого цикла со смешанным хладагентом. В заявленном способе охлаждают исходный поток газа. Затем разделяют его в первой дистилляционной колонне с образованием первого метан-обогащенного нижнего потока и первого метан-обедненного верхнего потока. Далее фракционируют первый метан-обогащенный поток во второй дистилляционной колонне и образованием второго метан-обогащенного нижнего потока и второго метан-обедненного верхнего поток. Затем извлекают второй метан-обогащенный нижний поток. Обеспечивается эффективное извлечение метана из синтез-газа и других углеводородсодержащих газов несмотря на присутствие монооксида углерода и водорода в этих газах. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение, в общем, касается способов и систем для извлечения сжиженного природного газа ("СПГ") из углеводородсодержащего газа. Более конкретно, настоящее изобретение, в общем, касается способов и систем для извлечения СПГ из синтез-газа с использованием единственного замкнутого цикла со смешанным хладагентом.

2. Описание предшествующего уровня техники

Синтез-газ, который также известен как "сингаз", является обычным побочным продуктом, образующимся во время парового риформинга природного газа или углеводородов, газификации угля и газификации отходов в энергию. Синтез-газ обычно содержит различные количества монооксида углерода и водорода и, в некоторых случаях, может также содержать заметные количества метана. Вследствие коммерческой стоимости метана может быть желательно в некоторых случаях удалять часть метана из синтез-газа. Однако присутствие монооксида углерода и водорода в этих газах может сильно снижать эффективности обычных способов извлечения, так как эти способы обычно неспособны полностью конденсировать и отделять монооксид углерода и водород от метана при температурах извлечения, обычно применяемых во время этих различных способов. Таким образом, извлеченный метан может быть загрязнен высокими уровнями остаточного монооксида углерода и/или водорода. Следовательно, присутствие монооксида углерода и водорода в синтез-газе и других углеводородсодержащих газах может отрицательно влиять на извлечение метана из этих газов.

Поэтому существует потребность в способах и системах, которые могут эффективно извлекать метан из синтез-газа и других углеводородсодержащих газов несмотря на присутствие монооксида углерода и водорода в этих газах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Один или более вариантов осуществления, описанных здесь, касаются способа извлечения сжиженного метанового газа из углеводородсодержащего газа. Данные способы содержат: (а) охлаждение и, по меньшей мере, частичную конденсацию углеводородсодержащего газа с обеспечением охлажденного исходного потока: (b) отделение, по меньшей мере, части охлажденного исходного потока в первой дистилляционной колонне с образованием первого метан-обогащенного нижнего потока и первого метан-обедненного верхнего потока; (с) фракционирование, по меньшей мере, части первого метан-обогащенного нижнего потока во второй дистилляционной колонне с образованием второго метан-обогащенного нижнего потока и второго метан-обедненного верхнего потока; и (d) извлечение, по меньшей мере, части второго метан-обогащенного потока с получением СПГ-обогащенного потока.

Один или более описанных здесь вариантов осуществления касаются способа извлечения сжиженного метанового газа из углеводородсодержащего газа. Указанный способ содержит: (а) охлаждение и, по меньшей мере, частичную конденсацию углеводородсодержащего газа с обеспечением охлажденного потока сырья; (b) разделение, по меньшей мере, части охлажденного потока сырья в первой дистилляционной колонне с образованием первого жидкого метан-обогащенного потока и первого газового метан-обедненного потока; (с) фракционирование, по меньшей мере, части первого жидкого метан-обогащенного потока во второй дистилляционной колонне с образованием второго жидкого метан-обогащенного потока и второго газового метан-обедненного потока; и (d) охлаждение, по меньшей мере, части второго жидкого метан-обогащенного потока с получением СПГ-обогащенного жидкого потока.

Один или более описанных здесь вариантов осуществления касаются устройства для извлечения сжиженного метанового газа из углеводородсодержащего газа. Указанное устройство содержит: первый теплообменник, имеющий расположенный в нем первый охлаждающий проход, где первый охлаждающий проход организован так, чтобы охлаждать углеводородсодержащий газ в охлажденный углеводородсодержащий газ; парожидкостный сепаратор в сообщении по текучей среде с первым охлаждающим проходом, где указанный парожидкостный сепаратор организован так, чтобы разделять охлажденный углеводородсодержащий газ на первый верхний метан-обедненный поток и первый нижний метан-обогащенный поток; первую дистилляционную колонну в сообщении по текучей среде с данным парожидкостным сепаратором, где первая дистилляционная колонна содержит первый впуск жидкости для приема первого метан-обогащенного нижнего потока и первый впуск пара для приема первого метан-обедненного верхнего потока, где первая дистилляционная колонна организована так, чтобы разделять первый метан-обогащенный нижний поток и первый метан-обедненный верхний поток на второй метан-обогащенный нижний поток и второй метан-обедненный верхний поток; вторую дистилляционную колонну в сообщении по текучей среде с первой дистилляционной колонной, где вторая дистилляционная колонна содержит второй впуск жидкости для приема второго метан-обогащенного нижнего потока и второй впуск газа для приема второго метан-обедненного верхнего потока, где вторая дистилляционная колонна организована так, чтобы разделять второй метан-обогащенный нижний поток и второй метан-обедненный верхний поток на третий метан-обогащенный нижний поток и третий метан-обедненный верхний поток; второй охлаждающий проход, расположенный внутри первого теплообменника в сообщении по текучей среде со второй дистилляционной колонной, где второй охлаждающий проход организован так, чтобы охлаждать третий метан-обогащенный нижний поток в СПГ-обогащенный жидкий поток; и единственный замкнутый цикл со смешанным хладагентом, по меньшей мере, частично расположенный внутри первого теплообменника. Указанный единственный замкнутый цикл со смешанным хладагентом содержит компрессор хладагента, задающий всасывающий впуск для приема потока смешанного хладагента и разгрузочный выпуск для выпуска потока сжатого смешанного хладагента; первый охлаждающий проход хладагента в сообщении по текучей среде с разгрузочным выпуском компрессора хладагента, где первый охлаждающий проход хладагента организован так, чтобы охлаждать сжатый поток смешанного хладагента; устройство расширения хладагента в сообщении по текучей среде с первым охлаждающим проходом хладагента, где указанное устройство расширения хладагента организовано так, чтобы расширять охлажденный поток смешанного хладагента и вызывать охлаждение; и первый нагревающий проход хладагента в сообщении по текучей среде с устройством расширения хладагента и всасывающим впуском компрессора хладагента, где первый нагревающий проход хладагента организован так, чтобы нагревать расширенный поток смешанного хладагента путем косвенного теплообмена.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Варианты осуществления настоящего изобретения описываются здесь со ссылкой на следующие изображающие фигуры, где:

Фиг. 1 представляет схематичное изображение устройства извлечения СПГ, организованного согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, в частности изображающее применение единственной замкнутой системы со смешанным хладагентом для извлечения метана из исходного газового потока.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Следующее подробное описание вариантов осуществления данного изобретения ссылается на сопровождающий чертеж. Варианты осуществления предназначены описывать аспекты изобретения с достаточными подробностями, чтобы позволить специалистам в данной области техники выполнить на практике указанное изобретение. Могут быть использованы другие варианты осуществления, и могут быть сделаны изменения без отклонения от объема формулы изобретения. Следовательно, следующее подробное описание не следует понимать в ограничивающем смысле. Объем настоящего изобретения задается только приложенной формулой изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, на которые дает право формула изобретения.

Настоящее изобретение, в общем, касается способов и систем для разделения углеводородсодержащего газа на поток СПГ и поток побочных продуктов, содержащий водород и монооксид углерода. Как описывается ниже, данные способы и системы могут применять охлаждающую систему для извлечения, по меньшей мере, части метана из углеводородсодержащих газов. Хотя Фиг. 1 изображает эту охлаждающую систему, содержащую единственный замкнутый цикл со смешанным хладагентом, специалист в данной области техники будет понимать, что другая охлаждающая система может быть использована в способе и системе, описанных ниже. Например, охлаждающая система может содержать единственный поток смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения, двойной цикл со смешанным хладагентом или каскадный цикл охлаждения. Такие охлаждающие системы описаны в U.S. 3763658, U.S. 5669234, U.S. 6016665, U.S. 6119479, U.S. 6289692 и U.S. 6308531, содержания которых включены сюда посредством ссылки во всей их полноте. Кроме того, в различных вариантах осуществления описанные здесь способы и системы не используют петлю азотного хладагента, что отличается от раскрытых охлаждающих систем из-за конфигураций, дополнительно описанных ниже.

Возвращаясь к Фиг. 1, обеспечивается схематичное изображение устройства 10 извлечения СПГ, организованного согласно одному или нескольким вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 извлечения СПГ может работать, удаляя или извлекая существенную часть всего количества метана во входящем углеводородсодержащем газовом потоке путем охлаждения газа в единственном замкнутом охлаждающем цикле 12 и отделения получаемых конденсированных жидкостей в зоне 14 отделения СПГ. Дополнительные детали, касающиеся конфигурации и работы устройства 10 извлечения СПГ согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения, описаны ниже со ссылкой на Фиг. 1.

Как показано на Фиг. 1, исходный поток углеводородсодержащего газа может сначала вводиться в устройство 10 извлечения СПГ через трубопровод 110. Углеводородсодержащий газ может представлять собой любой подходящий углеводородсодержащий текучий поток, такой как, например, поток природного газа, поток синтез-газа, поток крекингового газа или их комбинации. Углеводородсодержащий газовый поток в трубопроводе 110 может происходить из разных источников газа (не показано), включая нефтедобывающую скважину; нефтеперерабатывающую установку, такую как реактор каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем (FCC) или установку коксования нефти; или установку переработки тяжелой нефти, такую как установка для переработки нефтеносных песков, но не ограничиваясь этим. В определенных вариантах осуществления углеводородсодержащий газ в трубопроводе 110 может содержать синтез-газ или состоять из него.

В зависимости от его источника углеводородсодержащий газ может содержать различные количества метана, водорода и монооксида углерода. Например, углеводородсодержащий газ может содержать по меньшей мере приблизительно 1, 5, 10, 15 или 25 и/или не больше чем приблизительно 80, 70, 60, 50 или 40 мольных процентов метана. Более конкретно, углеводородсодержащий газ может содержать в интервале приблизительно от 1 до 80, от 5 до 70, от 10 до 60, от 15 до 50, от 15 до 50 или от 25 до 40 мольных процентов метана. Следует заметить, что все мольные проценты основаны на полном числе молей углеводородсодержащего газа.

Дополнительно или альтернативно, углеводородсодержащий газ может содержать по меньшей мере приблизительно 15, 25 или 40 и/или не больше чем приблизительно 95, 90 или 80 мольных процентов монооксида углерода. Более конкретно, углеводородсодержащий газ может содержать в интервале приблизительно от 15 до 95, от 25 до 90 или от 40 до 80 мольных процентов монооксида углерода. Кроме того, в определенных вариантах осуществления углеводородсодержащий газ может содержать по меньшей мере 25, 40 или 50 и/или не больше чем приблизительно 99, 90 или 75 мольных процентов водорода. Более конкретно, углеводородсодержащий газ может содержать в интервале приблизительно от 25 до 99, от 40 до 90 или от 50 до 70 мольных процентов водорода.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, содержания водорода и монооксида углерода в углеводородсодержащем газе могут меняться в зависимости от его источника. Таким образом, в различных вариантах осуществления углеводородсодержащий газ может иметь мольное отношение водорода к монооксиду углерода, по меньшей мере, 1:1, 1,5:1 или 2:1 и/или не больше чем 10:1, 5:1 или 2,5:1. Более конкретно, углеводородсодержащий газ может иметь мольное отношение водорода к монооксиду углерода в интервале от 1:1 до 10:1, от 1,5:1 до 5:1 или от 2:1 до 2,5:1.

Кроме того, углеводородсодержащий газ может содержать некоторое количество С25 компонентов, которые включают их парафиновые и олефиновые изомеры. Например, углеводородсодержащий газ может содержать менее чем 15, 10, 5 или 2 мольных процента С25 компонентов.

Как показано на Фиг. 1, углеводородсодержащий газ в трубопроводе 110 может сначала направляться в зону 16 предварительной обработки, где один или несколько нежелательных компонентов могут удаляться из газа перед охлаждением. В одном или нескольких вариантах осуществления зона 16 предварительной обработки может включать в себя один или несколько резервуаров для парожидкостного разделения (не показаны) для удаления жидкой воды или углеводородных компонентов из исходного газа. Необязательно, зона 16 предварительной обработки может включать в себя одну или несколько зон удаления кислых газов (не показано), таких как, например, аминовая установка для удаления диоксида углерода или серосодержащих соединений из газового потока в трубопроводе 110.

Поток обработанного газа, покидающий зону 16 предварительной обработки по трубопроводу 122, может затем направляться в устройство 18 дегидратации, где вся остающаяся вода может удаляться из потока исходного газа. Устройство 18 дегидратации может использовать любую известную систему удаления воды, такую как, например, слои молекулярного сита. Высушенный поток газа в трубопроводе 114 может иметь температуру по меньшей мере 5, 10 или 15°С и/или не больше чем 100, 75 или 40°С. В частности, поток газа в трубопроводе 114 может иметь температуру в интервале от 5 до 100°С, от 10 до 75°С или от 15 до 40°С. Дополнительно или альтернативно, поток газа в трубопроводе 114 может иметь давление по меньшей мере 1,5, 2,5, 3,5 или 4,5 и/или 9, 8, 7 или 6 МПа. В частности, поток газа в трубопроводе 114 может иметь давление в интервале от 1,5 до 9, от 2,5 до 8, от 3,5 до 7 или от 4,5 до 6 МПа.

Как показано на Фиг. 1, углеводородсодержащий исходный поток в трубопроводе 114 может вводиться в первый охлаждающий проход 22 первого теплообменника 20. Первый теплообменник 22 может быть любым теплообменником или рядом теплообменников, способным охлаждать и, по меньшей мере, частично конденсировать исходный газовый поток в трубопроводе 114 путем косвенного теплообмена с одним или несколькими охлаждающими потоками. В одном или нескольких вариантах осуществления первый теплообменник 20 может быть паяным алюминиевым теплообменником, содержащим множество охлаждающих и нагревающих проходов (например, сердцевин), расположенных в нем для облегчения косвенного теплообмена между одним или несколькими потоками способа и одним или несколькими потоками хладагента. Хотя на Фиг. 1 он изображается содержащим единственную сердцевину или "оболочку", следует понимать, что первый теплообменник 20 может, в некоторых вариантах осуществления, содержать две или больше сердцевин или оболочек, возможно охватываемых "холодным кожухом", чтобы минимизировать рост тепла из окружающей среды.

Углеводородсодержащий исходный газовый поток, проходящий через охлаждающий проход 22 первого теплообменника 20, может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться путем косвенного теплообмена с газовыми потоками хладагента и/или остатка в соответствующих проходах 24 и 26, которые описаны ниже более подробно. Во время охлаждения существенная часть метановых компонентов в исходном газовом потоке может конденсироваться из газовой фазы, обеспечивая охлажденный двухфазный газовый поток в трубопроводе 116. В одном или нескольких вариантах осуществления по меньшей мере 50, 60, 70, 80 или 90 мольных процентов от всего количества метана, вводимого в первый теплообменник 20 через трубопровод 114, может конденсироваться внутри охлаждающего прохода 22.

Охлажденный газовый поток в трубопроводе 116 может иметь температуру по меньшей мере -30, -40, -50 или -60°С и/или не больше чем -130, -120, -110 или -100°С. В частности, охлажденный газовый поток в трубопроводе 116 может иметь температуру в интервале приблизительно от -30 до -130°С, от -40 до -120°С, от -50 до -110°С или от -60 до -100°С. В определенных вариантах осуществления охлажденный газовый поток в трубопроводе 116 может иметь температуру приблизительно -66°С. Дополнительно или альтернативно, охлажденный газовый поток в трубопроводе 116 может иметь давление по меньшей мере 1,5, 2,5, 3,5 или 4,5 и/или 9, 8, 7 или 6 МПа. В частности, газовый поток в трубопроводе 114 может иметь давление в интервале от 1,5 до 9, от 2,5 до 8, от 3,5 до 7 или от 4,5 до 6 МПа.

Как показано на Фиг. 1, охлажденный газовый поток в трубопроводе 116 может переноситься в по меньшей мере один ребойлер 28, возможно выступая в качестве тепловой среды для колонны 30 ректификации метана. Как описано ниже, ребойлер 28 может использоваться для нагрева и, по меньшей мере, частичного испарения жидкого потока, забираемого из колонны 30 ректификации метана по трубопроводу 118. Ребойлер 28 может нагревать жидкий поток в трубопроводе 118 путем косвенного теплообмена с нагревающим текучим потоком, таким как, например, охлажденный газовый поток в трубопроводе 116. Хотя обычно изображается включение единственного ребойлера 28, следует понимать, что любое подходящее число ребойлеров, способных забирать потоки на одной или разных стадиях массопереноса внутри дистилляционной колонны 30, может быть использовано, чтобы поддерживать в ней желаемую температуру и/или профиль состава.

Находясь в ребойлере 28, охлажденный газовый поток из трубопровода 116 может дополнительно охлаждаться с помощью жидкого потока из трубопровода 118. Например, при нахождении в ребойлере 28 температура охлажденного газового потока из трубопровода 116 может снижаться по меньшей мере на 20, 30, 40 или 50°С и/или не больше чем приблизительно 100, 80, 70 или 60°С. В частности, при нахождении в ребойлере 28 температура охлажденного газового поток из трубопровода 116 может снижаться на величину в интервале от 20 до 100°С, от 30 до 80°С, от 40 до 70°С или от 50 до 60°С.

После выхода из ребойлера 28 охлажденный газовый поток в трубопроводе 120 может иметь давление по меньшей мере 1,5, 2,5, 3,5 или 4,5 и/или 9, 8, 7 или 6 МПа. В частности, газовый поток в трубопроводе 120 может иметь давление в интервале от 1,5 до 9, от 2,5 до 8, от 3,5 до 7 или от 4,5 до 6 МПа. Следует отметить, что перепад давления может обычно относится к неэффективности, связанной с трубами и теплообменом.

Возвращаясь опять к Фиг. 1, по меньшей мере, часть охлажденного газового потока в трубопроводе 120 может направляться в охлаждающий проход 32, расположенный внутри первого теплообменника 20, где указанный газовый поток может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться путем косвенного теплообмена с потоками хладагента и/или остаточного газа в соответствующих проходах 24 и 26, которые описаны ниже более подробно. Во время охлаждения существенная часть метановых компонентов в охлажденном газовом потоке из трубопровода 120 может конденсироваться из газовой фазы, обеспечивая дополнительно охлажденный, двухфазный газовый поток в трубопроводе 122. В одном или нескольких вариантах осуществления по меньшей мере 50, 60, 70, 80 или 90 мольных процентов от всего количества метана, вводимого в первый теплообменник 20 по трубопроводу 120, который находится газообразной форме, может конденсироваться внутри охлаждающего прохода 32.

Охлажденный газовый поток в трубопроводе 122 может иметь температуру по меньшей мере -120, -130, -140 или -145°С и/или не больше чем приблизительно -200, -190, -180 или -165°С. В частности, охлажденный газовый поток в трубопроводе 122 может иметь температуру в интервале приблизительно от -120 до -200°С, от -130 до -190°С, от -140 до -180°С или от -145 до -165°С. В определенных вариантах осуществления охлажденный газовый поток в трубопроводе 122 может иметь температуру приблизительно -156°С. Дополнительно или альтернативно, охлажденный газовый поток в трубопроводе 122 может иметь давление по меньшей мере 1,5, 2,5, 3,5 или 4,5 и/или 9, 8, 7 или 6 МПа. В частности, газовый поток в трубопроводе 122 может иметь давление в интервале от 1,5 до 9, от 2,5 до 8, от 3,5 до 7 или от 4,5 до 6 МПа.

Как показано на Фиг. 1, охлажденный, предпочтительно двухфазный поток в трубопроводе 122 может вводиться в разделяющий резервуар 34, где газовая и жидкая части исходного газового потока могут разделяться на начальный метан-обогащенный нижний поток, выходящий по трубопроводу 124, и начальный метан-обедненный верхний поток, выходящий по трубопроводу 126. Применяемые здесь выражения "метан-обедненный" и "метан-обогащенный" относятся к содержанию метана в отдельных компонентах относительно содержания метана в исходном компоненте, из которого получены разделенные компоненты. Таким образом, метан-обогащенный компонент содержит больший мольный процент метана, чем компонент, из которого он получен, тогда как метан-обедненный компонент содержит меньший мольный процент метана, чем компонент, из которого он получен. В настоящем случае, начальный метан-обогащенный нижний поток содержит больший мольный процент метана по сравнению с потоком из трубопровода 122, тогда как начальный метан-обедненный верхний поток содержит меньший мольный процент метана по сравнению с потоком из трубопровода 122. Количества начального метан-обогащенного нижнего потока и начального метан-обедненного верхнего потока могут меняться в зависимости от содержаний углеводородсодержащего газа и рабочих условий разделяющего резервуара 34.

Разделяющий резервуар 34 может быть любым подходящим парожидкостным разделяющим резервуаром и может иметь любое число действительных или теоретических стадий разделения. В одном или нескольких вариантах осуществления разделяющий резервуар 34 может содержать единственную ступень разделения, тогда как в других вариантах осуществления разделяющий резервуар 34 может включать в себя от 2 до 10, от 4 до 20 или от 6 до 30 действительных или теоретических ступеней разделения. Когда разделяющий резервуар 34 находится в многоступенчатом разделяющем резервуаре, любой подходящий тип заполнения колонны, такого как туманоуловители, сетчатые подушки, парожидкостные контактные тарелки, произвольная насадка и/или структурированная насадка, может быть использован для облегчения тепло- и массопереноса между газовым и жидким потоками. В некоторых вариантах осуществления, когда разделяющий резервуар 34 представляет собой одноступенчатый разделяющий резервуар, может применяться малое заполнение колонны или не применяться совсем.

В различных вариантах осуществления разделяющий резервуар 34 может работать при давлении по меньшей мере 1,5, 2,5, 3,5 или 4,5 и/или 9, 8, 7 или 6 МПа. В частности, разделяющий резервуар 34 может работать при давлении в интервале от 1,5 до 9, от 2,5 до 8, от 3,5 до 7 или от 4,5 до 6 МПа. Начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 и/или начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может иметь температуру по меньшей мере -120, -130, -140 или -145°С и/или не больше чем приблизительно -200, -190, -180 или -165°С. В частности, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 и/или начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может иметь температуру в интервале приблизительно от -120 до -200°С, от -130 до -190°С, от -140 до -180°С или от -145 до -165°С.

Начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может быть в виде жидкости и может содержать большую долю метана. Например, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может содержать по меньшей мере 10, 25, 40 или 50 и/или не больше чем 95, 85, 75 или 70 мольных процентов метана. В частности, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может содержать метан в интервале приблизительно от 10 до 95, от 25 до 85, от 40 до 75 или от 50 до 70 мольных процентов. Кроме того, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может содержать по меньшей мере 50, 60, 70, 80 или 90 процентов метана, исходно присутствующего в потоке из трубопровода 122.

Начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может также содержать остаточные количества водорода и монооксида углерода. Например, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может содержать меньше чем приблизительно 40, 30, 20 или 10 мольных процентов водорода. Дополнительно или альтернативно, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может содержать меньше чем приблизительно 60, 50, 45 или 40 мольных процентов монооксида углерода.

Начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может быть в виде газа и может содержать большую долю водорода и/или монооксида углерода. Например, начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может содержать по меньшей мере 10, 20, 35 или 50 и/или не больше чем приблизительно 95, 90, 85 или 70 мольных процентов водорода. В частности, начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может содержать водород в интервале от 10 до 95, от 20 до 90, от 35 до 85 или от 50 до 70 мольных процентов. Дополнительно или альтернативно, начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может содержать по меньшей мере 5, 10, 15 или 20 и/или не больше чем приблизительно 80, 60, 50 или 40 мольных процентов монооксида углерода. В частности, начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может содержать монооксид углерода в интервале приблизительно от 5 до 80, от 10 до 60, от 15 до 50 или от 20 до 40 мольных процентов. Кроме того, начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может содержать небольшие количества метана. Например, начальный метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 126 может содержать меньше чем приблизительно 20, 15, 10 или 5 мольных процентов метана.

Как изображено на Фиг. 1, начальный метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 124 может проходить через расширительное устройство 36, в котором давление жидкости может снижаться, чтобы быстро испарять или испарять, по меньшей мере, ее часть. Расширительное устройство 36 может быть любым подходящим расширительным устройством, таким как, например, вентиль Джоуля-Джонса или диафрагма или гидравлическая турбина. Хотя на Фиг. 1 изображено, что имеется единственное устройство 36, следует понимать, что любое подходящее число расширительных устройств может быть использовано. В определенных вариантах осуществления расширение может представлять собой, по существу, изоэнтальпийное расширение. Применяемый здесь термин "по существу, изоэнтальпийное" относится к этапу расширения или быстрого испарения, проходящему так, что меньше чем 1 процент всей работы, генерированной во время расширения, переносится из текучей среды в окружающее пространство. Это является противоположностью "изоэнтропийному" расширению, при котором большая часть или, по существу, вся работа, генерированная во время расширения, переносится в окружающее пространство.

В результате расширения температура быстро испаренного или расширенного потока текучей среды в трубопроводе 128 может быть по меньшей мере на 2, 5 или 10°С и/или не больше чем на 50, 40 или 30°С ниже, чем температура потока в трубопроводе 124. Кроме того, давление быстро испаренного или расширенного потока текучей среды в трубопроводе 128 может быть по меньшей мере на 0,1, 0,2 или 0,3 и/или не больше чем на 1,5, 1 или 0,6 МПа ниже, чем давление потока в трубопроводе 124.

Как показано на Фиг. 1, расширенный двухфазный поток в трубопроводе 128 может вводиться в первый впуск текучей среды 38 дистилляционной колонны 40. Применяемые здесь термины "первый", "второй", "третий" и подобные используются, чтобы описать различные элементы, и такие элементы не следует ограничивать этими терминами. Эти термины используются только, чтобы различать один элемент от другого, и не обязательно предполагают конкретный порядок или даже конкретный элемент. Например, один элемент может обозначаться как "первый" элемент в описании и "второй элемент" в формуле изобретения без отклонения от объема настоящего изобретения. Внутри описания и каждого независимого пункта формулы изобретения поддерживается соответствие, но такая номенклатура не обязательно предназначена быть совместимой между ними.

Дистилляционная колонна 40 может быть любым резервуаром для парожидкостного разделения, способным дополнительно отделять метан от водорода и монооксида углерода. В одном или нескольких вариантах осуществления дистилляционная колонна 40 может быть многоступенчатой дистилляционной колонной, содержащей по меньшей мере 2, 5, 10 или 12 и/или не больше чем 50, 40, 30 или 20 действительных или теоретических ступеней разделения. Когда дистилляционная колонна 40 содержит многоступенчатую колонну, один или несколько типов заполнения колонны могут быть использованы, чтобы облегчать тепло- и/или массоперенос между паровой и жидкой фазами. Примеры подходящих внутренних элементов колонны могут включать в себя парожидкостные контактные тарелки, структурированную насадку, произвольную насадку и любую их комбинацию, но не ограниваются этим.

В различных вариантах осуществления дистилляционная колонна 40 может работать, отделяя по меньшей мере 65, 75, 85, 90 или 99 процентов метана, присутствующего в потоке вводимой в нее текучей среды. Дистилляционная колонна 40 может работать при давлении по меньшей мере приблизительно 1, 1,5, 2 или 2,5 и/или не больше чем приблизительно 5, 4, 3,5 или 3 МПа. В частности, дистилляционная колонна 40 может работать при давлении в интервале от 1 до 5, от 1,5 до 4, от 2 до 3,5 или от 2,5 до 3 МПа. В определенных вариантах осуществления дистилляционная колонна 40 может работать при давлении приблизительно 2,6 МПа.

Температура дистилляционной колонны 40 может меняться в зависимости от состава углеводородсодержащего газа, вводимого в систему. В различных вариантах осуществления верхняя половина дистилляционной колонны 40 может работать при температуре по меньшей мере -125, -150, -160 или -170°С и/или не больше чем приблизительно -215, -200, -190 или -180°С. В частности, верхняя половина дистилляционной колонны 40 может работать при температуре в интервале от -125 до -215°С, от -150 до -200°С, от -160 до -190°С или от -170 до -180°С. В определенных вариантах осуществления верхняя половина дистилляционной колонны 40 может работать при температуре приблизительно -173°С. Кроме того, нижняя половина дистилляционной колонны 40 может работать при температуре по меньшей мере приблизительно -110, -125, -140 или - 150°С и/или не больше чем приблизительно -200, -190, -180 или -160°С. В частности, нижняя половина дистилляционной колонны 40 может работать при температуре в интервале от -110 до -200°С, от -125 до -190°С, от -140 до -180°С или от -150 до -160°С. В определенных вариантах осуществления нижняя половина дистилляционной колонны 40 может работать при температуре приблизительно -158°С. Дополнительная информация относительно работы дистилляционной колонны 40 подробно обсуждается ниже.

Возвращаясь обратно к начальному метан-обедненному верхнему потоку в трубопроводе 126, по меньшей мере, часть этого потока может переноситься в расширительное устройство 42. Как показано на Фиг. 1, поток из трубопровода 126 может расширяться с помощью расширительного устройства 42, обеспечивая быстро испаренный или расширенный газовый поток в трубопроводе 130. В определенных вариантах осуществления указанное расширение может представлять собой, по существу, изоэнтальпийное расширение, и расширительное устройство 42 может быть вентилем Джоуля-Томпсона или диафрагмой. В других вариантах осуществления расширение может быть изоэнтропийным, и расширительное устройство 42 может быть турбодетандером или расширительной турбиной. В различных вариантах осуществления расширение может происходить при температуре в интервале от -110 до -200°С, от -130 до -190°С, от -150 до -180°С или от -160 до -175°С.

В результате расширения температура быстро испаренного или расширенного потока текучей среды в трубопроводе 130 может быть по меньшей мере на 2, 5 или 10°С и/или не больше чем на 50, 40 или 30°С ниже, чем температура потока в трубопроводе 126. Кроме того, давление быстро испаренного или расширенного потока текучей среды в трубопроводе 130 может быть по меньшей мере на 0,1, 0,2 или 0,3 и/или не больше чем на 1,5, 1 или 0,5 МПа ниже, чем давление потока в трубопроводе 126.

Как показано на Фиг. 1, по меньшей мере, часть расширенного потока в трубопроводе 130 может вводиться во второй впуск 44 дистилляционной колонны 40. В определенных вариантах осуществления второй впуск 44 может находиться у более высокой ступени разделения, чем первый впуск 38. Применяемые здесь термины "более высокая ступень разделения" и "более низкая ступень разделения" относятся к действительным, теоретическим, или действительным или теоретическим ступеням тепло- и/или массопереноса, вертикально разнесенным в дистилляционной колонне. В одном или нескольких вариантах осуществления второй впуск 44 текучей среды может находиться в верхней половине, верхней трети или верхней четверти от всего числа ступеней разделения в дистилляционной колонне 40, тогда как первый впуск 38 может находиться в нижней половине, в нижних двух третях или в середине или нижней трети или четверти от всего числа ступеней разделения в дистилляционной колонне 40. Согласно различным вариантам осуществления первый и второй впуски 38, 44 текучей среды могут быть вертикально разнесены один от другого с помощью по меньшей мере 1, 4, 8, 10 или 12 действительных, теоретических, или действительных или теоретических ступеней тепло- и/или массопереноса дистилляционной колонны 40.

Как изображено на Фиг. 1, первый метан-обогащенный нижний поток выходит из дистилляционной колонны 40 по трубопроводу 132, а первый метан-обедненный верхний поток выходит из дистилляционной колонны 40 по трубопроводу 134.

Первый метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 132 может быть в виде жидкости и может содержать значительное количество метана. Например, первый метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 132 может содержать по меньшей мере 10, 25, 40 или 50 и/или не больше чем 95, 85, 75 или 70 мольных процентов метана. В частности, первый метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 132 может содержать метан в интервале от 10 до 95, от 25 до 85, от 40 до 75 или от 50 до 70 мольных процентов.

Кроме того, первый метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 132 может также содержать некоторый остаточный водород и монооксид углерода. Например, первый метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 132 может содержать меньше чем приблизительно 15, 10, 5 или 2 мольных процента водорода. Дополнительно или альтернативно, первый метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 132 может содержать меньше чем приблизительно 60, 50, 45 или 40 мольных процентов монооксида углерода.

Первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может быть в виде газа и может содержать значительные количества водорода и монооксида углерода. Например, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может содержать по меньшей мере приблизительно 25, 40, 60 или 75 и/или не больше чем приблизительно 99, 95, 90 или 85 мольных процентов водорода. В частности, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может содержать водород в интервале от 25 до 99, от 40 до 95, от 60 до 90 или от 75 до 85 мольных процентов. Дополнительно или альтернативно, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может содержать по меньшей мере 1, 5, 10 или 20 и/или не больше чем приблизительно 75, 60, 50 или 40 мольных процентов монооксида углерода. В частности, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может содержать монооксид углерода в интервале от 1 до 75, от 5 до 60, от 10 до 50 или от 20 до 40 мольных процентов.

Кроме того, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может также содержать некоторый остаточный метан. Например, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может содержать меньше чем приблизительно 10, 5, 1 или 0,5 мольных процентов метана.

Как показано на Фиг. 1, первый метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 134 может направляться в нагревающий проход 46 первого теплообменника 20, где указанный поток может нагреваться путем опосредованного теплообмена с проходами 24 и 26, которые описаны более подробно ниже. Полученный нагретый газовый поток в трубопроводе 136 может, необязательно, сжиматься с помощью компрессора 48 остаточного газа перед направлением из устройства 10 извлечения СПГ по трубопроводу 138. Удаленный из устройства 10 извлечения СПГ, сжатый газовый поток в трубопроводе 138 может направляться для дальнейшего использования, переработки и/или хранения.

Возвращаясь обратно к первому метан-обогащенному нижнему потоку в трубопроводе 132, по меньшей мере, часть этого потока может вводиться во фракционирующую колонну 30 через впуск 50. В различных вариантах осуществления задачей фракционирующей колонны является дополнительно очищать поток в трубопроводе 132.

Фракционирующая колонна 30 может представлять собой любой парожидкостный разделяющий резервуар, способный дополнительно отделять метан от водорода и монооксида углерода. В одном или нескольких вариантах осуществления фракционирующая колонна 30 может быть многоступенчатой дистилляционной колонной, содержащей по меньшей мере 2, 5, 10 или 12 и/или не больше чем 50, 40, 30 или 20 действительных или теоретических ступеней разделения. Когда фракционирующая колонна 30 содержит многоступенчатую колонну, один или несколько типов элементов заполнения колонны могут быть использованы, чтобы облегчать тепло- и/или массоперенос между газовой и жидкой фазами. Примеры подходящих внутренних элементов колонны могут включать в себя парожидкостные контактные тарелки, структурированную насадку, произвольную насадку и любую их комбинацию, но не ограничиваются этим.

В различных вариантах осуществления фракционирующая колонна 30 может быть способна отделять по меньшей мере 65, 75, 85, 90 или 99 процентов метана, присутствующего во вводимых в нее потоках текучей среды. Фракционирующая колонна 30 может работать при давлении по меньшей мере приблизительно 0,25, 0,5, 1 или 1,5 и/или не больше чем приблизительно 4, 3, 2 или 1,8 МПа. В частности, фракционирующая колонна 30 может работать при давлении в интервале от 0,25 до 4, от 0,5 до 3, от 1 до 2 или от 1,5 до 1,8 МПа. В определенных вариантах осуществления фракционирующая колонна 30 может работать при давлении приблизительно 1,7 МПа.

Температура фракционирующей колонны 30 может меняться в зависимости от состава углеводородсодержащего газа, вводимого в систему. В различных вариантах осуществления верхняя половина фракционирующей колонны 30 может работать при температуре по меньшей мере -110, -125, -140 или -150°С и/или не больше чем приблизительно -215, -200, -175 или -160°С. В частности, верхняя половина фракционирующей колонны 30 может работать при температуре в интервале от -110 до -215°С, от -125 до -200°С, от -140 до -175°С или от -150 до -160°С. В определенных вариантах осуществления верхняя половина фракционирующей колонны 30 может работать при температуре приблизительно -154°С. Кроме того, нижняя половина фракционирующей колонны 30 может работать при температуре по меньшей мере приблизительно -80, -90, -100 или -110°С и/или не больше чем приблизительно -200, -160, -130 или -120°С. В частности, нижняя половина фракционирующей колонны 30 может работать при температуре в интервале от -80 до -200°С, от -90 до -160°С, от -100 до -130°С или от -110 до -120°С. В определенных вариантах осуществления нижняя половина фракционирующей колонны 30 может работать при температуре приблизительно -112°С.

Как изображено на Фиг. 1, второй метан-обогащенный нижний поток выходит из фракционирующей колонны 30 по трубопроводу 140, и второй метан-обедненный верхний поток выходит из фракционирующей колонны 30 по трубопроводу 142.

Второй метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 140 может быть в виде жидкости и может содержать значительное количество метана. Например, второй метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 140 может содержать по меньшей мере приблизительно 60, 75, 90 или 99 мольных процентов метана. Кроме того, второй метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 140 может также содержать остаточные количества водорода и/или монооксида углерода. Например, второй метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 140 может содержать меньше чем 1, 0,5 0,1 или 0,01 мольных процентов водорода. Дополнительно или альтернативно, второй метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 140 может содержать меньше чем 1, 0,5 0,1 или 0,01 мольных процентов монооксида углерода.

Второй метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 142 может быть в виде газа и может содержать преимущественно водород и/или монооксид углерода. Например, второй метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 142 может содержать, по меньшей мере, приблизительно 1, 2, 4 или 10 и/или не больше чем приблизительно 40, 30, 20 или 15 мольных процентов водорода. В частности, второй метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 142 может содержать водород в интервале от 1 до 40, от 2 до 30, от 4 до 20 или от 10 до 15 мольных процентов. Дополнительно или альтернативно, второй метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 142 может содержать по меньшей мере приблизительно 50, 65, 80 или 90 мольных процентов монооксида углерода. Кроме того, второй метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 142 может содержать некоторый остаточный метан. Например, второй метан-обедненный верхний поток в трубопроводе 142 может содержать меньше чем 1, 0,5, 0,1 или 0,01 мольных процентов метана.

Как показано на Фиг. 1, второй метан-обогащенный нижний поток в трубопроводе 140 может направляться в охлаждающий проход 52, расположенный в первом теплообменнике 20, где указанный жидкий поток может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться путем косвенного теплообмена с хладагентом и/или потоками остаточных газов в соответствующих проходах 24 и 26, которые более подробно описаны ниже. Охлажденный поток, покидающий охлаждающий проход 52 по трубопроводу 144, может представлять собой СПГ-обогащенный продукт. Применяемый здесь термин "СПГ-обогащенный" означает, что данная композиция содержит по меньшей мере 50 мольных процентов метана. Следует заметить, что СПГ-обогащенный продукт обычно имеет такой же состав, как второй метан-обогащенный нижний поток, описанный выше. СПГ-обогащенный продукт в трубопроводе 144 может иметь температуру по меньшей мере -120, -130, -140 или -145°С и/или не больше чем приблизительно -200, -190, -180 или -165°С. В частности, СПГ-обогащенный продукт в трубопроводе 144 может иметь температуру в интервале приблизительно от -120 до -200°С, от -130 до -190°С, от -140 до -180°С или от -145 до -165°С. В определенных вариантах осуществления СПГ-обогащенный продукт в трубопроводе 144 может иметь температуру приблизительно -156°С.

Возвращаясь обратно во второму метан-обедненному верхнему потоку в трубопроводе 142, этот поток может направляться в охлаждающий проход 54, расположенный в первом теплообменнике 20, где указанный поток может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться путем опосредованного теплообмена с хладагентом и/или потоками остаточных газов в соответствующих проходах 24 и 26, которые более подробно описаны ниже. Охлажденный поток, покидающий охлаждающий проход 54 по трубопроводу 146, может иметь температуру по меньшей мере -120, -130, -140 или -145°С и/или не больше чем приблизительно -200, -190, -180 или -165°С. В частности, охлажденный поток в трубопроводе 146 может иметь температуру в интервале приблизительно от -120 до -200°С, от -130 до -190°С, от -140 до -180°С или от -145 до -165°С. В определенных вариантах осуществления охлажденный поток в трубопроводе 146 может иметь температуру приблизительно -156°С.

Охлажденный поток в трубопроводе 146 может затем направляться в дефлегматорный барабан 56, где, по меньшей мере, часть охлажденного потока в трубопроводе 146 может разделяться на метан-обогащенный жидкий поток флегмы и верхний метан-обедненный поток. Метан-обогащенный жидкий поток флегмы покидает дефлегматорный барабан 56 по трубопроводу 148, а верхний метан-обедненный поток покидает дефлегматорный барабан 56 по трубопроводу 150. Метан-обогащенная жидкая флегма в трубопроводе 148 может иметь такой же или аналогичный состав, как второй метан-обогащенный нижний поток, описанный выше, а верхний метан-обедненный поток в трубопроводе 150 может иметь такой же или аналогичный состав, как второй метан-обедненный верхний поток, описанный выше.

Метан-обогащенная жидкая флегма в трубопроводе 148 может закачиваться посредством насоса 58 для орошения в трубопровод 152, где она может переноситься в расширительное устройство 62 и/или расширительное устройство 64, где давление жидкости может снижаться, вызывая быстрое испарение или испарение, по меньшей мере, ее части. Расширительные устройства 62, 64 могут представлять собой любые подходящие расширительные устройства, такие как, например, вентиль Джоуля-Томпсона или диафрагма или гидравлическая турбина. Следует заметить, что расширительные устройства 62, 64 могут функционировать и работать таким же или аналогичным образом, как расширительное устройство 36, описанное выше. В определенных вариантах осуществления, по меньшей мере, часть метан-обогащенной жидкой флегмы в трубопроводе 152 может вводиться в расширительное устройство 62 и переноситься по трубопроводу 154 для использования в качестве потока орошения в дистилляционной колонне 40. Дополнительно или альтернативно, по меньшей мере, часть метан-обогащенной жидкой флегмы в трубопроводе 152 может вводиться в расширительное устройство 64 и переноситься по трубопроводу 156 для использования в качестве потока орошения во фракционирующей колонне 30.

Возвращаясь обратно к Фиг. 1, верхний метан-обедненный поток в трубопроводе 150 может направляться в компрессор 66, который соединен с расширительным устройством 42 валом 68. Сжатый поток, покидающий компрессор 66 по трубопроводу 158, может вводиться в трубопровод 134, выступая в качестве холодной среды в охлаждающем проходе 46, описанном выше.

Возвращаясь к охлаждающему циклу 12 устройства 10 извлечения СПГ, изображенного на Фиг. 1, этот охлаждающий цикл дополнительно описан в патенте США №5657643, который включен сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Замкнутый охлаждающий цикл 12 изображен содержащим компрессор 70 хладагента, необязательные межступенчатый охладитель 72 и межступенчатый накопитель 74, конденсатор 76 хладагента, накопитель 78 хладагента и всасывающий барабан 80 для хладагента. Как показано на Фиг. 1, поток смешанного хладагента, выпускаемый из всасывающего барабана 80 по трубопроводу 160, может направляться на всасывающий впуск компрессора 70 хладагента, где давление потока хладагента может увеличиваться. Когда компрессор 70 хладагента содержит многоступенчатый компрессор, имеющий две или больше ступеней сжатия, как показано на Фиг. 1, частично сжатый поток хладагента, покидающий первую ступень (низкого давления) компрессора 70, может направляться по трубопроводу 162 в межступенчатый охладитель 72, где указанный поток может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться путем косвенного теплообмена с охлаждающей средой (например, охлаждающая вода или воздух).

Полученный двухфазный поток в трубопроводе 164 может вводиться в межступенчатый накопитель 74, где газовая и жидкая части могут разделяться. Газовый поток, выпускаемый из накопителя 74 по трубопроводу 166, может направляться на впуск второй ступени (высокого давления) компрессора 70 хладагента, где указанный поток может дополнительно сжиматься. Полученный сжатый поток хладагента может объединяться с частью жидкофазного хладагента, выпускаемого из межступенчатого накопителя 74 по трубопроводу 168 и перекачиваемого под давлением с помощью насоса 82 хладагента, как показано на Фиг. 1.

Объединенный поток хладагента в трубопроводе 170 может затем направляться в конденсатор 76 хладагента, где сжатый поток хладагента может охлаждаться и, по меньшей мере, частично конденсироваться путем косвенного теплообмена с охлаждающей средой (например, охлаждающая вода) перед вводом в накопитель 78 хладагента по трубопроводу 172. Как показано на Фиг. 1, газовая и жидкая части двухфазного потока хладагента в трубопроводе 172 могут разделяться и раздельно выпускаться из накопителя 78 хладагента по трубопроводам 174 и 176. Необязательно, часть жидкого потока в трубопроводе 176, сжатая насосом 84 хладагента, может объединяться с газовым потоком в трубопроводе 174 непосредственно перед охлаждающим проходом хладагента 24, расположенным в первом теплообменнике 20, или в нем, как показано на Фиг. 1. В одном варианте осуществления повторное объединение части газовой и жидкой частей сжатого хладагента таким образом может помогать обеспечивать надлежащее распределение текучей среды внутри охлаждающего прохода 24 хладагента.

Когда поток сжатого хладагента течет через охлаждающий проход 24 хладагента, указанный поток конденсируется и переохлаждается, так что температура потока жидкого хладагента, выпускаемого из первого теплообменника 20 через трубопровод 178, находится гораздо ниже точки начала кипения смеси хладагентов. Переохлажденный поток хладагента в трубопроводе 178 может расширяться путем прохода через расширительное устройство 86 (изображается здесь в виде вентиля Джоуля-Томпсона 86), где давление потока может снижаться, тем самым охлаждая и, по меньшей мере, частично испаряя поток хладагента. Охлажденный двухфазный поток хладагента в трубопроводе 180 может затем направляться через нагревающий проход 26 хладагента, где существенная часть охлаждения, вызванного расширением хладагента, может извлекаться в виде охлаждения одного или нескольких потоков способа, включая исходный поток, текущий через охлаждающий проход 24, как подробно обсуждается выше. Нагретый поток хладагента, выпускаемый из первого теплообменника 20 по трубопроводу 182, может направляться во всасывающий барабан 80 хладагента перед сжатием и рециркуляцией через замкнутый охлаждающий цикл 12, как обсуждается выше.

Согласно различным вариантам осуществления, во время каждого этапа, обсуждаемого выше, охлаждающего цикла температура может поддерживаться такой, что, по меньшей мере, часть или существенная часть метана, исходно присутствующего в исходном газовом потоке, может конденсироваться в первом теплообменнике 20. Например, в различных вариантах осуществления может конденсироваться по меньшей мере 50, 65, 75, 80, 85, 90 или 95 процентов всего метана, исходно присутствующего в исходном газовом потоке, вводимом в первый теплообменник 20. В некоторых вариантах осуществления охлаждающий цикл 12, работающий при более высоких температурах, может снижать образование одного или нескольких нежелательных побочных продуктов в исходном газовом потоке, таких как, например, смолы оксидов азота (например, NOх смолы), которые могут формироваться при температурах ниже приблизительно -100°С. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения образование таких побочных продуктов может быть минимизировано или почти устранено.

В одном варианте осуществления хладагент, используемый в замкнутом охлаждающем цикле 12, может быть смешанным хладагентом. Применяемый здесь термин "смешанный хладагент" относится к композиции хладагента, содержащей два или более компонентов. В одном варианте осуществления смешанный хладагент, используемый охлаждающим циклом 12, может содержать два или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из метана, этилена, этана, пропилена, пропана, изобутана, н-бутана, изопентана, н-пентана и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления композиция хладагента может содержать метан, этан, пропан, нормальный бутан и изопентан, и может, по существу, исключать определенные компоненты, включая, например, азот или галогенированные углеводороды. Согласно одному или нескольким вариантам осуществления композиция хладагента может иметь точку начала кипения по меньшей мере -80, -85 или -90°С и/или не больше чем -50, -55 или -60°С. Различные конкретные композиции хладагента предполагаются согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Таблица 1 ниже суммирует широкие, промежуточные и узкие диапазоны для нескольких типичных смесей хладагентов.

Таблица 1
Типичные составы смешанных хладагентов
Компонент Широкий интервал, мол. % Промежуточный интервал, мол. % Узкий интервал, мол. %
метан от 0 до 50 от 5 до 40 от 10 до 30
этилен от 0 до 50 от 5 до 40 от 10 до 30
этан от 0 до 50 от 5 до 40 от 10 до 30
пропилен от 0 до 50 от 5 до 40 от 5 до 30
пропан от 0 до 50 от 5 до 40 от 5 до 30
изобутан от 0 до 10 от 0 до 5 от 0 до 2
н-бутан от 0 до 25 от 1 до 20 от 5 до 15
изопентан от 0 до 30 от 1 до 20 от 2 до 15
н-пентан от 0 до 10 от 0 до 5 от 0 до 2

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть желательно регулировать состав смешанного хладагента, чтобы изменять, тем самым, его кривую охлаждения и, следовательно, его охлаждающий потенциал. Такая модификация может быть использована, чтобы соответствовать, например, изменению состава и/или скорости течения исходного газового потока, вводимого в устройство 10 извлечения СПГ. В одном варианте осуществления состав смешанного хладагента может регулироваться так, чтобы кривая нагрева испаряющегося хладагента более близко соответствовала кривой охлаждения исходного газового потока. Один способ такого подбора кривой подробно описан в патенте США №4003735, содержание которого включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

Таким образом, вышеописанные способы и системы могут быть использованы для извлечения потока СПГ из углеводородсодержащего исходного газового потока. Кроме того, благодаря описанным выше конфигурациям, описанные здесь способы и системы не обязаны использовать поток азотного хладагента, который отделен от системы смешанного хладагента, описанной выше.

Предпочтительные формы вышеописанного изобретения следует применять только в качестве иллюстрации и не следует использовать в ограничивающем смысле, чтобы интерпретировать объем настоящего изобретения. Модификации к типичным вариантам осуществления, изложенным выше, могут быть легко проделаны специалистами в данной области техники без отклонения от сущности настоящего изобретения.

Таким образом, изобретатели полагаются на теорию эквивалентов, чтобы определять и оценивать достаточно справедливый объем настоящего изобретения в отношении любого устройства, не отклоняющийся существенно от буквального объема данного изобретения, изложенного в следующей формуле изобретения.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Необходимо понимать, что последующее не предназначено быть исключительным списком определенных терминов. Другие определения могут быть обеспечены в предшествующем описании, например, когда сопровождают использование заданного термина в контексте.

Применяемые формы единственного числа означают один или более.

Применяемый здесь термин "и/или", когда используется в перечне двух или более предметов, означает, что любой из перечисленных предметов может применяться сам, или может применяться любая комбинация двух или большего числа перечисленных предметов. Например, если композиция описывается как содержащая компоненты А, В и/или С, данная композиция может содержать только А; только В; только С; А и В в комбинации; А и С в комбинации; В и С в комбинации; или А, В и С в комбинации.

Применяемые здесь термины "содержащий", "содержит" и "содержать" представляют собой свободные переходные термины, используемые для перехода от объекта, указанного ранее данного термина, к одному или нескольким элементам, указанным после данного термина, где элемент или элементы, перечисленные после переходного термина, не обязательно являются единственными элементами, которые составляют указанный объект.

Применяемые здесь термины "имеющий", "имеет" и "иметь" имеют такое же открытое значение, как "содержащий", "содержит" и "содержать", обеспеченные выше.

Применяемые здесь термины "включающий в себя", "включать в себя" и "включенный", имеют такое же открытое значение, как "содержащий", "содержит" и "содержать", обеспеченные выше.

Применяемые здесь ссылки на "один вариант осуществления", "вариант осуществления" или "варианты осуществления" означают, что упоминаемый признак или признаки включены в по меньшей мере один вариант осуществления данной технологии. Отдельные ссылки на "один вариант осуществления", "вариант осуществления" или "варианты осуществления" в этом описании не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления, а также не являются взаимно исключающими, если такое не указано, и/или устраняющими, как будет понятно специалистам в данной области техники из данного описания. Таким образом, настоящее изобретение может включать в себя множество комбинаций и/или объединений описанных здесь вариантов осуществления.

Применяемый здесь термин "приблизительно" означает, что соответствующая величина может меняться на 10 процентов от указанного значения.

ЧИСЛЕННЫЕ ИНТЕРВАЛЫ

Настоящее описание использует численные интервалы, чтобы количественно представить определенные параметры, относящиеся к данному изобретению. Следует понимать, что, когда обеспечены численные интервалы, такие интервалы следует толковать как обеспечивающие буквальное основание для ограничений пунктов формулы изобретения, которые только указывают нижнюю величину интервала, а также для ограничений пунктов формулы изобретения, которые только указывают верхнюю величину интервала. Например, описанный численный интервал от 10 до 100 обеспечивает буквальное основание для пункта, указывающего "больше чем 10" (без верхней границы), и пункта, указывающего "меньше чем 100" (без нижней границы).

1. Способ извлечения сжиженного метанового газа (СПГ) из углеводородсодержащего газа, в котором:
(a) охлаждают и, по меньшей мере, частично конденсируют углеводородсодержащий газ, обеспечивая охлажденный исходный поток;
(b) разделяют, по меньшей мере, часть охлажденного исходного потока в первой дистилляционной колонне с образованием первого метан-обогащенного нижнего потока и первого метан-обедненного верхнего потока;
(c) фракционируют, по меньшей мере, часть первого метан-обогащенного нижнего потока во второй дистилляционной колонне с образованием второго метан-обогащенного нижнего потока и второго метан-обедненного верхнего потока; и
(d) извлекают, по меньшей мере, часть второго метан-обогащенного нижнего потока, получая СПГ-обогащенный поток.

2. Способ по п. 1, в котором, по меньшей мере, охлаждение на этапе (а) выполняют путем косвенного теплообмена с единственным потоком смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения, двойном цикле со смешанным хладагентом или каскадном цикле охлаждения.

3. Способ по п. 1, в котором, по меньшей мере, охлаждение на этапе (а) выполняют путем косвенного теплообмена с потоком смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения.

4. Способ по п. 1, в котором дополнительно охлаждают углеводородсодержащий газ до охлаждения на этапе (а), образуя, тем самым, предварительно охлажденный углеводородсодержащий газ, где указанный предварительно охлажденный углеводородсодержащий газ представляет собой углеводородсодержащий газ на этапе (а).

5. Способ по п. 4, в котором, по меньшей мере, указанное охлаждение выполняют путем косвенного теплообмена с потоком смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения.

6. Способ по п. 1, в котором дополнительно, до разделения на этапе (b), разделяют охлажденный исходный поток в парожидкостном сепараторе, образуя, тем самым, начальный метан-обогащенный жидкий поток и начальный метан-обедненный газовый поток, где охлажденный исходный поток при разделении на этапе (b) содержит начальный метан-обогащенный жидкий поток, начальный метан-обедненный газовый поток или их комбинацию.

7. Способ по п. 1, в котором при извлечении на этапе (d) охлаждают второй метан-обогащенный нижний поток, образуя СПГ-обогащенный поток.

8. Способ по п. 1, в котором указанный углеводородсодержащий газ представляет собой синтез-газ, содержащий метан, водород и монооксид углерода.

9. Способ по п. 1, в котором разделение на этапе (b) выполняют при давлении в интервале от 1,5 до 5 МПа.

10. Способ по п. 1, в котором фракционирование на этапе (c) выполняют при давлении в интервале от 0,5 до 3 МПа.

11. Способ по п. 1, в котором охлажденный исходный поток имеет температуру в интервале от -120 до -200°С.

12. Способ по п. 1, где указанный способ не содержит петли азотного охлаждения.

13. Способ извлечения сжиженного метанового газа из углеводородсодержащего газа, в котором:
(a) охлаждают и, по меньшей мере, частично конденсируют углеводородсодержащий газ, обеспечивая охлажденный исходный поток;
(b) разделяют, по меньшей мере, часть охлажденного исходного потока в первой дистилляционной колонне с образованием первого метан-обогащенного жидкого потока и первого метан-обедненного газового потока, где указанное разделение выполняют при давлении в интервале от 1,5 до 5 МПа;
(c) фракционируют, по меньшей мере, часть первого метан-обогащенного жидкого потока во второй дистилляционной колонне с образованием второго метан-обогащенного жидкого потока и второго метан-обедненного газового потока, где указанное фракционирование выполняют при давлении в интервале от 0,5 до 3 МПа; и
(d) охлаждают, по меньшей мере, часть второго метан-обогащенного жидкого потока, образуя СПГ-обогащенный жидкий поток.

14. Способ по п. 13, в котором, по меньшей мере, охлаждение на этапе (а) и охлаждение на этапе (d) выполняют путем косвенного теплообмена с единственным потоком смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения, двойном цикле со смешанным хладагентом или каскадном цикле охлаждения.

15. Способ по п. 13, в котором, по меньшей мере, охлаждение на этапе (а) и охлаждение на этапе (d) выполняют путем косвенного теплообмена с потоком смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения.

16. Способ по п. 13, в котором дополнительно охлаждают углеводородсодержащий газ до охлаждения на этапе (а), образуя, тем самым, предварительно охлажденный углеводородсодержащий газ, где, по меньшей мере, часть указанного охлаждения выполняют путем косвенного теплообмена с потоком смешанного хладагента в замкнутом цикле охлаждения, где указанный предварительно охлажденный углеводородсодержащий газ представляет собой углеводородсодержащий газ на этапе (а).

17. Способ по п. 13, в котором дополнительно, до разделения на этапе (b), разделяют охлажденный исходный поток в парожидкостном сепараторе, образуя, тем самым, начальный метан-обогащенный жидкий поток и начальный метан-обедненный газовый поток, где охлажденный исходный поток при разделении на этапе (b) содержит начальный метан-обогащенный жидкий поток, начальный метан-обедненный газовый поток или их комбинацию.

18. Способ по п. 13, в котором указанный углеводородсодержащий газ представляет собой синтез-газ, содержащий метан, водород и монооксид углерода.

19. Способ по п. 13, в котором охлажденный исходный поток имеет температуру в интервале от -120 до -200°С.

20. Способ по п. 13, где указанный способ не содержит петли азотного охлаждения.

21. Устройство для извлечения сжиженного метанового газа (СПГ) из углеводородсодержащего газа, содержащее:
первый теплообменник, имеющий расположенный в нем первый охлаждающий проход, где первый охлаждающий проход организован так, чтобы охлаждать углеводородсодержащий газ в охлажденный углеводородсодержащий газ;
парожидкостный сепаратор в сообщении по текучей среде с первым охлаждающим проходом, где указанный парожидкостный сепаратор организован так, чтобы разделять охлажденный углеводородсодержащий газ на первый метан-обедненный верхний поток и первый метан-обогащенный нижний поток;
первую дистилляционную колонну в сообщении по текучей среде с данным парожидкостным сепаратором, где первая дистилляционная колонна содержит первый впуск жидкости для приема первого метан-обогащенного нижнего потока и первый впуск пара для приема первого метан-обедненного верхнего потока, где первая дистилляционная колонна организована так, чтобы разделять первый метан-обогащенный нижний поток и первый метан-обедненный верхний поток на второй метан-обогащенный нижний поток и второй метан-обедненный верхний поток;
вторую дистилляционную колонну в сообщении по текучей среде с первой дистилляционной колонной, где вторая дистилляционная колонна содержит второй впуск жидкости для приема второго метан-обогащенного нижнего потока и второй впуск газа для приема второго метан-обедненного верхнего потока, где вторая дистилляционная колонна организована так, чтобы разделять второй метан-обогащенный нижний поток и второй метан-обедненный верхний поток на третий метан-обогащенный нижний поток и третий метан-обедненный верхний поток;
второй охлаждающий проход, расположенный внутри первого теплообменника в сообщении по текучей среде со второй дистилляционной колонной, где второй охлаждающий проход организован так, чтобы охлаждать третий метан-обогащенный нижний поток в СПГ-обогащенный жидкий поток; и
единственный замкнутый цикл со смешанным хладагентом, по меньшей мере, частично расположенный внутри первого теплообменника, где единственный замкнутый цикл со смешанным хладагентом содержит:
компрессор хладагента, задающий всасывающий впуск для приема потока смешанного хладагента и выпускной выход для выпуска потока сжатого смешанного хладагента;
первый охлаждающий проход хладагента в сообщении по текучей среде с разгрузочным выпуском компрессора хладагента, где первый охлаждающий проход хладагента организован так, чтобы охлаждать сжатый поток смешанного хладагента;
устройство для расширения хладагента в сообщении по текучей среде с первым охлаждающим проходом хладагента, где указанное устройство расширения хладагента организовано так, чтобы расширять охлажденный поток смешанного хладагента и вызывать охлаждение; и
первый нагревающий проход хладагента в сообщении по текучей среде с устройством расширения хладагента и всасывающим впуском компрессора хладагента, где первый нагревающий проход хладагента организован так, чтобы нагревать расширенный поток смешанного хладагента путем косвенного теплообмена.

22. Устройство по п. 21, в котором первый теплообменник содержит теплообменник хладагента.

23. Устройство по п. 21, где указанное устройство не содержит петли азотного охлаждения, которая отделена от указанного замкнутого цикла охлаждения.

24. Устройство по п. 21, в котором первый впуск газа первой дистилляционной колонны находится в более высокой точке относительно первого впуска жидкости первой дистилляционной колонны.

25. Устройство по п. 21, дополнительно содержащее ребойлер в сообщении по текучей среде с первым охлаждающим проходом, где указанный ребойлер организован так, чтобы охлаждать углеводородсодержащий газ до введения в первый охлаждающий проход.

26. Устройство по п. 25, дополнительно содержащее третий охлаждающий проход, расположенный в первом теплообменнике в сообщении по текучей среде с ребойлером, где третий охлаждающий проход организован так, чтобы охлаждать углеводородсодержащий газ до введения в ребойлер.

27. Устройство по п. 21, дополнительно содержащее второй нагревающий проход, расположенный в первом теплообменнике в сообщении по текучей среде с первой дистилляционной колонной, где второй нагревающий проход организован так, чтобы нагревать второй метан-обедненный верхний поток.

28. Устройство по п. 21, дополнительно содержащее четвертый охлаждающий проход, расположенный в первом теплообменнике в сообщении по текучей среде со второй дистилляционной колонной, где четвертый охлаждающий проход организован так, чтобы охлаждать третий метан-обедненный верхний поток из второй дистилляционной колонны.

29. Устройство по п. 28, дополнительно содержащее систему орошения в сообщении по текучей среде между четвертым охлаждающим проходом и первой дистилляционной колонной и второй дистилляционной колонной, где указанная система орошения организована так, чтобы возвращать третий метан-обедненный верхний поток в виде потока орошения в первую дистилляционную колонну и/или вторую дистилляционную колонну.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу удаления тяжелых углеводородов из исходного потока природного газа. Способ включает стадии: охлаждение исходного потока природного газа; введение охлажденного исходного потока природного газа в систему разделения газ-жидкость и разделение охлажденного исходного потока природного газа на паровой поток природного газа, обедненного тяжелыми углеводородами, и на поток жидкости, обогащенной тяжелыми углеводородами; нагревание парового потока природного газа, обедненного тяжелыми углеводородами; пропускание по меньшей мере части парового потока природного газа, обедненного тяжелыми углеводородами, через один или несколько слоев адсорбционной системы для адсорбирования из него тяжелых углеводородов с получением таким образом потока природного газа, обедненного тяжелыми углеводородами; и охлаждение по меньшей мере части потока природного газа, обедненного тяжелыми углеводородами, с получением охлажденного потока природного газа, обедненного тяжелыми углеводородами.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов. Способ подготовки попутного нефтяного газа включает низкотемпературную сепарацию газа за счет его последовательного охлаждения подготовленным газом и сторонним хладоагентом с конденсацией флегмы.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к способам и устройствам получения компонентов газовых смесей методом ректификации. Способ низкотемпературного разделения газовой смеси заключается в том, что в колонну подают охлажденную разделяемую газовую смесь, подводят тепло к жидкой фракции высококипящего компонента разделяемой газовой смеси в кубе колонны от испарителя и электронагревателя, отводят тепло от разделяемой газовой смеси хладагентом в конденсаторе с образованием флегмы и газообразной фракции низкокипящего компонента и осуществляют контроль температуры по высоте колонны.

Изобретение относится к области технологии разделения стабильных изотопов азота 14N и 15N. Способ концентрирования изотопов азота включает проведение противоточного массообменного процесса с использованием молекулярного азота в качестве рабочего вещества, при этом газообразную смесь изотопов азота приводят в контакт с раствором нитрогенильного комплексного соединения переходного металла, способного к термическому отщеплению молекулярного азота и вступающего с ним в реакцию химического изотопного обмена с накоплением 15N в одной из фаз, a 14N - в другой.

Изобретение относится к технологии извлечения ценных компонентов из природного углеводородного газа и может быть использовано на предприятиях газоперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к способу отделения микрокомпонентов от фракции, содержащей азот и гелий, где ее до обогащения гелием частично конденсируют, а затем частично сконденсированную фракцию частично направляют в одну ректификационную колонну и в ней разделяют на обогащенную гелием газообразную фракцию и обогащенную азотом жидкостную фракцию, которая содержит микрокомпоненты.

Изобретение относится к способу разделения азотсодержащей загрузочной фракции с высоким содержанием углеводородов, предпочтительно природного газа. Способ разделения азотсодержащей загрузочной фракции с высоким содержанием углеводородов (1, 1') включает разделение загрузочной фракции (1, 1') путем ректификации (Т1, Т2) на обогащенную азотом фракцию (5) и на фракцию, обедненную азотом, с высоким содержанием углеводородов (10), причем ректификационное разделение осуществляют в ректификационной колонне, состоящей из предварительной разделительной колонны (Т1) и главной разделительной колонны (Т2), при этом из отобранной из предварительной разделительной колонны (Т1) и подведенной в главную разделительную колонну (Т2) фракции (7, 7', 7”) на главной разделительной колонне (Т2) выше места или мест загрузки отбирают жидкую фракцию (6) и как возврат подают на предварительную разделительную колонну (Т1).

Группа изобретений относится к способу и устройству для разделения смеси веществ путем перегонки в системе перегонных колонн, а также к способу получения криптона и ксенона в этих колоннах.

Изобретение относится к способу получения фракции чистого гелия из исходной фракции, содержащей гелий, метан и азот. Исходную фракцию подвергают разделению N2/CH4 (А).

Изобретение относится к способу сжижения природного газа путем непрерывного изменения состава по меньшей мере одной охлаждающей смеси. На одном этапе охлаждения природный газ охлаждают посредством теплообмена с одной охлаждающей смесью, циркулирующей в закрытом контуре охлаждения.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородных газов к транспорту путем низкотемпературной сепарации и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Группа изобретений относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и используется в системе промысловой подготовки газа при пониженном расходе поступающего газа.

Изобретение относится к технологии и оборудованию для подготовки углеводородных газов и может быть использовано для отбензинивания низконапорного попутного нефтяного газа в нефтяной промышленности.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике. Газ (1) смешивают с абсорбатом (2), разделяют в сепараторе (3) на газ сепарации (4) и абсорбент (5), который разделяют на циркулирующий (6) и балансовый (7).

Изобретение относится к конструкции устройств для подготовки газа путем низкотемпературной конденсации и может быть использовано в нефтегазовой промышленности для подготовки углеводородных газов.

Изобретение относится к установкам подготовки природного газа, а именно к конструкции устройств низкотемпературной сепарации и рекуперации холода установок низкотемпературной сепарации газа и может быть использовано в газовой промышленности.

Изобретение относится к способам подготовки углеводородного газа к однофазному транспорту путем низкотемпературной конденсации и может быть использовано в нефтегазовой промышленности.

Изобретение относится к способу подготовки сжатого топливного газа для газотурбинных энергетических установок и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике.

Изобретение относится к способу подготовки топливного газа для газотурбинных энергетических установок и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике.

Изобретение относится к способу подготовки сжатого топливного газа, для газотурбинных энергетических установок и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике.

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в системах транспорта и водородных технологий.
Наверх